Rakkudes leitud tingimustes võtab DNA vastu kahekordse heeliksi struktuuri. Ehkki sellel topeltheeliksstruktuuril on mitu variatsiooni, on kõigil sama keerdredeli kuju. See struktuur annab DNA-le füüsikalised ja keemilised omadused, mis muudavad selle väga stabiilseks. See stabiilsus on oluline, kuna see takistab kahe DNA ahela spontaanset lagunemist ja mängib olulist rolli DNA kopeerimisel.
Termodünaamika
Entroopia on füüsiline omadus, mis on analoogne häirega. Termodünaamika teine seadus lubab väita, et sellised protsessid nagu topeltheeliksi moodustumine - toimuvad spontaanselt ainult siis, kui nende tulemusel suureneb entroopia (seda näitab peamiselt kuumus). Mida suurem on spiraali moodustumisega kaasnev entroopia suurenemine, seda suurem on soojuse eraldumine molekuli ümbrusesse ja seda stabiilsem on topeltheeliks. Kahekordne spiraal on stabiilne, kuna selle moodustumine viib entroopia suurenemiseni. (Seevastu DNA lagunemine viib entroopia vähenemiseni, mida näitab soojuse neeldumine.)
Nukleotiidid
DNA molekul on valmistatud paljudest pika keerutatud redelitaolises ahelas üksteise külge kinnitatud alaühikutest. Üksikuid subühikuid nimetatakse nukleotiidideks. Rakkudes leiduvat DNA-d leidub peaaegu alati kaheahelalises vormis, kus kaks polümeeri ahelat on omavahel ühendatud, moodustades ühe molekuli. Rakkudes leitud pH (soola kontsentratsioon) ja temperatuuri tingimustes põhjustab topeltheeliksi moodustumine entroopia netokasvu. Sellepärast on saadud struktuur stabiilsem kui need kaks suunda oleksid, kui nad jääksid eraldi.
Stabiliseerivad tegurid
Kui kaks DNA ahelat kokku saavad, moodustavad need kahe ahela nukleotiidide vahel nõrgad keemilised sidemed, mida nimetatakse vesiniksidemeteks. Võlakirja moodustumine vabastab energiat ja aitab seega kaasa entroopia netokasvule. Täiendav entroopia hoog tuleneb spiraali keskel paiknevate nukleotiidide interaktsioonidest; neid nimetatakse aluse virnastamiseks. Negatiivselt laetud fosfaatrühmad DNA-ahelate selgroos tõrjuvad üksteist. Sellest destabiliseerivast vastasmõjust saab aga üle vesiniku sidumise ja aluse virnastamise soodne vastastikmõju. Seetõttu on topeltheeliksi struktuur stabiilsem kui üksikud ahelad: selle moodustumine põhjustab entroopias puhasvõitu.
DNA vormid
DNA võib omastada ühe mitmest erinevast topeltheeliksi struktuurist: need on DNA A, B ja Z vormid. B-vormi, mis on rakutingimustes kõige stabiilsem, peetakse "standardseks" vormiks; see on see, mida tavaliselt illustratsioonidel näete. A-vorm on küll kahekordne spiraal, kuid on palju tihedam kui B-vorm. Ja Z-vorm on keeratud vastupidises suunas kui B-vorm ja selle struktuur on palju rohkem "välja venitatud." A-vormi rakkudes ei leidu, kuigi mõned rakkudes olevad aktiivsed geenid näivad omastavat rakku Z-vorm. Teadlased ei saa veel täielikult aru, kui oluline see sellel võib olla või kas sellel on evolutsiooniline tähtsus.